湿婆之戟——印度国产运载火箭发展史(下)

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人从未比在太空行走时显得更为渺小，或更为伟大

语宙

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神牛拉火箭了解一下？



上回说到，印度航天之父领军人物萨拉巴伊英年早逝，这让本来在起步阶段就举步维艰的印度航天事业蒙上了一层阴影，同时被印度视为竞争对手的中国则在同一时期突飞猛进，在70年代初期印度航天人所面临的压力可想而知。尽管此时“罗希尼”系列探空火箭的研制与发射工作在萨拉巴伊前期的努力下逐步走上正轨，但这点成绩显然远远无法满足印度人在人类空间探索中“扮演独一无二的角色”的野望。

１．机构重组

为了更好地整合国内科研资源用于航天科技的研发工作，1969年8月15日，原印度国家空间研究委员会（INCOSPAR）进行重组，更名为“印度空间研究组织”（即今日的ISRO），作为印度最主要的国家航天研发机构，负责日常科研及发射等任务。当然光有这些还远远不够，1972年印度还专门成立了航天委员会（Space Commission）以及航天部（Department of Space），直属于印度总理办公室。新成立的航天部除了直接管理新改组的ISRO外，还接管了一批相关专业领域的科研单位，比如物理研究实验室（Physical Research Laboratory）,国家大气研究实验室（National Atmospheric Research Laboratory）等，原来非常分散的各专业科研力量终于被有效地统合集中起来。而重组后的ISRO则下设国家遥感中心，空间应用中心，液体推进系统中心，维克拉姆·萨拉巴伊航天中心等多家附属机构。


▲1972年印度航天部成立后的组织结构示意图

此外，为了进一步便于集中领导，统一指挥，航天委员会主席，航天部部长，ISRO主席这三个重要的领导职位统一由一个人担任，这就极大地方便了各部门间的协调工作，提高了行政效率，最大程度上避免了令人头疼的部门之间互相倾轧的情况（这一现象在印度其他管理机构中屡见不鲜）。应该承认，1972年印度对航天相关机构进行的这一系列改革与重组还是比较有先见之明的。

1972年11月，仅仅任职不过8个月的ISRO重组后的首任主席库玛尔·   梅农（Kumar Menon）卸任，取代他的是萨迪什·达万（Satish Dhawan），他是首位同时担任印度航天委员会主席，航天部部长和ISRO主席的科学家，也是迄今为止任期时间最长者（从1972年至1984年）。他上任伊始正值东西方冷战进入白热化阶段，世界航天科技的发展简直可以用一日千里来形容，美国已经成功实现载人登月，苏联也成功发射了人类首座太空站，而那个来自东方的对手中国，也于一年前成功发射了第二颗人造卫星“实践一号”，而此时的印度除了几支“罗希尼”系列探空火箭成功试射的经验外，自己的国产运载火箭尚处在蓝图之中，而国产人造卫星的研制进度则要快得多。以此时印度薄弱的科研基础而论，火箭研制的工程量实在太大，短期内很难完成。考虑到在开展航天计划之初，政治因素和国家形象也是不得不考量与权衡的因素，印度此时亟需迅速解决人造卫星有无的问题，至于是采用国产火箭还是借助国际力量完成发射，却是可以进行折衷的问题。


▲向时任印度总理的英迪拉·甘地介绍火箭研制工作的萨迪什·达万（左起第二）与阿卜杜尔·卡拉姆（右起第二）

２．向苏联求助

而这时，印度将目光转向了正积极拉拢自己的苏联，此时的苏联正值国力鼎盛之时，在国际上与美国一样属于头号航天大国，帮助印度发射第一颗人造卫星于她而言不过举手之劳。而且此时印度很快相中了苏联前不久研制成功的轻型运载火箭，宇宙-3M型（Космос-3М），这是苏联著名火箭设计师杨格利领导的第586设计局研发的宇宙系列运载火箭中最成功的型号，从70年代起，主要承担民用通讯卫星以及科学探测卫星的发射任务，同时也帮助华约阵营及友好国家发射本国研发的人造卫星，而在苏联解体后，该型火箭就成了俄罗斯商业卫星发射的主力火箭之一。苏联对印度方面的要求反应积极，但却绝不做免费服务。1972年，就在机构重组不久，萨拉巴伊当年的副手拉玛昌德拉·劳（Ramachandra Rao）代表印度与苏联签署协议：印度同意苏联使用印度沿海的重要港口，以换取苏联帮助印度发射自己首枚人造卫星。

在经过三年的精心准备后，1975年4月19日，由萨拉巴伊的学生，后来印度著名火箭专家阿卜杜尔·卡拉姆负责研制的印度首颗人造卫星“阿耶波多”号（Aryabhata，以古代印度著名数学家和天文学家命名）在苏联卡普斯京亚尔发射场被成功送入预定轨道，该型卫星是一颗科学探测卫星，搭载多个用于探测宇宙射线与地球高层大气的探测仪器，可以说印度人的起点还是很高的，虽然是借助苏联的火箭升空，但“阿耶波多”号的成功发射对印度航天事业而言无疑是具有里程碑意义的。但让人遗憾的是，这一处女航却并不完满，在预定轨道平安运行了4天后，卫星的太阳能电池板发生故障，很快就与地面完全失去联系。原本设计使用寿命20天的卫星就这样匆匆结束任务，成了漂泊于太空的孤儿，这结果实在是让人有些哭笑不得。


▲测试中的“阿耶波多”号卫星，以及印度咋1976年后发行的印有该型卫星的2卢比纸币

无论结果如何，印度总算解决了人造卫星有无的问题，多少保住了本国的颜面。接下来ISRO就开始全力开发自己的国产火箭，由卡拉姆负责主持的“卫星运载火箭”（Satellite Launch Vehicle）计划在70年代初就已立项，经过多年艰苦的科研攻关，同时借鉴并吸收国外同期的先进经验，印度首枚国产运载火箭SLV-3型终于在1979年面世，而在安德拉邦海岸边的沙洲上修建的斯里赫里戈达发射基地（Sriharikota Range，后于2002年更名为萨迪什·达万航天中心）则负责火箭发射任务。

３．令人尴尬的首秀

SLV-3型火箭高22米，总重17吨，可将40公斤的物体送入近地轨道。与其他大多数国家所使用的三级运载火箭不同，SLV-3 型采用了比较罕见的四级固体燃料助推模式。这并非是由于印度科研人员的特立独行，而实在因为落后的火箭发动机技术导致推力严重不足的无奈之举。SLV-3的四级火箭推力分别为：第一级502.6KN，第二级267KN，第三级90.7KN，第四级26.83KN。相比之下，中国在1970年成功发射的长征1号三级运载火箭，其各级火箭推力分别为：第一级1020KN，第二级320KN，第三级118KN，差距可想而知。在火箭推力严重不足的情况下，ISRO的科研人员只能选择增加火箭推进级数来弥补这一内在缺陷。

1979年8月10日，第一枚SLV-3型火箭（飞行编号E-1）被树立在斯里赫里戈达发射基地巨大的发射台上，它搭载着一颗重35公斤的名为“罗希尼技术载荷”（Rohini Technology Payload）的实验卫星（与先前研制的探空火箭同名），高达22米的庞然大物树立在荒凉的海上沙洲之上，这一壮观场面在印度次大陆的历史上还从未出现过，包括萨迪什·达万，拉玛昌德拉·劳，卡拉姆在内的航天部，航天委员会，ISRO，以及印度政府的各级领导均到场见证这一重要时刻。然而事与愿违，火箭在一团浓密的火焰与烟尘中腾空而起，但不到130秒后，第一级火箭内的增加阀门出现故障，火箭连同“罗希尼”卫星一起从万米高空坠落到孟加拉湾的大海中。


▲1979年8月10日，SLV-3型火箭首次试射，两分多种后火箭即坠入大海

印度国产运载火箭的处女秀居然以这种方式结束，着实让在现场观摩的各级领导大跌眼镜。作为整个“卫星运载火箭”计划的总负责人，时年仅48岁的卡拉姆痛苦不已，多年的心血换来的居然是众目睽睽之下的这般光景。发射失败后，印度各大媒体蜂拥到发射基地一探究竟，而作为航天部部长的萨迪什·达万则拉着卡拉姆一同面对媒体各种形同刁难的采访。萨迪什在接受采访时反复强调：“我们是失败了，但我坚信我们的团队下一回一定能取得成功！”（We failed! But I have a very good trust in my team that next time we will be succeeding for sure），领导的这句话对当时有些气馁的卡拉姆和广大印度航天人而言无异于一剂强心针。

1980年7月18日，在经过了将近一年的反复排查，论证和准备工作，飞行编号为E2的SLV-3火箭被再次树立在斯里赫里戈达发射基地上，她搭载着全新的“罗希尼”-1型实验卫星（RS-1）。这一次SLV-3火箭总算不负众望，顺利将卫星发射至运行轨道，而卫星则成功运行了20个月，最终于1981年5月20日坠入大气层。


▲SLV-3 E2火箭发射前，萨迪什·达万与卡拉姆视察火箭

在印度航天机构整合8年之后，印度终于成功发射了自主研发的运载火箭，成为继苏，美，法，日，中，英之后第7个具备自主发射运载火箭能力的国家，从此正式跻身世界“航天俱乐部”。

此时的卡拉姆如释重负，而据他后来回忆，当再次面对媒体采访时，他的上司萨迪什·达万则让他独自出席记者会，自己则不会露面。其用意很明显：失败时，作为领导主动承担耻辱，成功时，却将喜悦和荣誉分与下属，自己则“事了拂衣去,深藏功与名”。

卡拉姆在后来给予萨迪什以极高的评价，称他为“真正的领导者”。实际上，正是在萨迪什在任的这12年间，在起步阶段举步维艰的印度航天事业，克服了技术储备不足，设施与人才短缺的巨大困难，顶住了来自各方接连而至的压力，终于实现了印度运载火箭零的突破，虽然这一业绩放在世界航天史上并不算耀眼，但对于印度而言却是无可替代的国家荣耀。

４．“ASLV型怪胎”

进入80年代，在度过了起步阶段的种种困难与尴尬之后，印度的运载火箭技术发展进入新的阶段。作为印度研制的首款运载火箭，SLV-3型在首次成功发射后，又试射了两次，均获得成功，分别将41.5kg的RS-D1与D2型实验卫星送入预定轨道。而此时负责整个“卫星运载火箭”计划的卡拉姆非常清楚的意识到，SLV系列火箭在技术上已经非常落后，印度亟需新一代动力充沛的运载火箭。80年代前期，卡拉姆领导研发团队重点开发印度第二代运载火箭“加大推力运载火箭”（Augmented Satellite Launch Vehicle，简称ASLV），从该型火箭的名字上就能看出来印度航天人对火箭的推力有多么强烈的愿望。


▲ASLV型运载火箭线条图

不过卡拉姆与同事们遇到的现实困难是，印度落后的科研基础设施严重拖延了航天发动机的研制工作，而在印度总理拉吉夫·甘地在任的80年代，得益于新型的信息技术革命，印度的软件产业蓬勃发展起来，大批的印度学生投入到计算机软件开发等相关领域里，印度航天能够吸引的人才越来越少，这些都在很大程度上限制了新型火箭的研制进度。

最终，ASLV于1987年面世，为了弥补发动机推力上的不足，印度科研人员依旧只能采取老办法，火箭推进级数被增加到了5级（推力分别为第一级502.6KN，第二级702.6KN，第三级304KN，第四级90.7KN，第五级35KN，全部采用固体燃料推进），同时科研人员还在第一级火箭上安装了四枚捆绑式助推火箭。印度人为了最大程度保证推力，可谓煞费苦心。最终，ASLV可以将150公斤的物体送入距地400公里的近地轨道，相比较前代的SLV系列火箭其载重能力确实有了很大提高，但这种设计古怪的家伙在其后的多次试射中，最终证明这是一款失败的火箭。

从1987年3月24日到1994年5月4日，ASLV型火箭总共进行了四次发射，仅有一次（即1994年的最后一次发射）获得成功。ASLV诸多技术性先天不足很快就让ISRO放弃了进一步发展这一型火箭的打算，随着ISRO的人造卫星项目增多，包括80年代末启动的“印度遥感卫星计划”（Indian Remote Sensing Programme）要求运载火箭能将卫星运送到太阳同步轨道上，但此时无论是SLV还是较新的ALSV都只能将卫星送入近地轨道，在这一时期印度经常遇到“有卫星而无火箭”的窘况，很多新研制出来的通讯及科学探测卫星必须依靠国际合作，搭载美国NASA，欧航局或者俄罗斯航太的运载火箭才能顺利升空使用。这一情况直到全新的“极轨卫星运载火箭”（Polar Satellite Launch Vehicle，简称PSLV）投入使用时才有所改善。

５．渐入佳境

1984年萨迪什卸任印度航天部部长后，由他的老同事拉玛昌德拉·劳（下图）接任职务，他依旧让卡拉姆主管新型火箭的研发工作。



80年代末90年代初，在汲取了ALSV的经验教训之后，卡拉姆联合“液体系统推进系统中心”（Liquid Propulsion Systems Centre）与“ISRO惯性系统单位”（ISRO Inertial Systems Unit）等多个附属科研院所一道，在参考前苏联部分中型运载火箭的基础上，研制成功了PSLV型运载火箭。该型火箭依旧采用四级助推模式，但与前代火箭不同的是，该型火箭同时采用液体与固体燃料。第一级采用固体燃料推进（以端羟基聚丁二烯为推进剂），推力为4860KN，第二级采用液体燃料推进（即印度自主研发的维卡斯火箭发动机），推力为724KN，第四级火箭采用液体燃料推进（即双压燃料输送系统的液体火箭发动机），推力分别为14KN。同时与ALSV类似，PSLV在第一级火箭上布置了多达6枚的捆绑式固体燃料助推火箭（四支较大的发射时与主发动机同时点燃，另外两个较小的在升空后再点燃）。相比较推力孱弱的前代火箭，PSLV型火箭的运载能力得到大幅提升，充沛的动力可以将3800公斤的物体发射到近地轨道，将1750公斤的物体送入太阳同步轨道，或将1200公斤物体送入地球同步轨道。


▲PSLV型火箭线条图

以现在的眼光来看，PSLV型火箭在印度航天史上具有划时代的意义，她的出现终于使印度有能力发射自己研发的几乎所有卫星，甚至承担一定的国际商业卫星发射任务。不过她的首次登场还是颇让人尴尬，1993年11月20日在斯里赫里戈达发射基地首次发射时，搭载IRS-P1型地球探测卫星的PSLV-D1型火箭在第二级火箭点火时，控制系统出现故障，在发射升空后12分钟即坠入孟加拉湾。


▲树立在萨迪什·达万航天中心发射台的PSLV运载火箭

好在这一次发射失败并不是因为火箭设计本身有问题，PSLV火箭在之后的十多年里一共进行了43次发射，其中成功40次，失败2次，部分失败1次。由此可见PSLV还是一款非常可靠的运载火箭，ISRO在此后的20多年里又对PSLV进行了多次改进，最终形成了庞大的PSLV火箭家族，至今仍在服役。进入21世纪，技术日臻成熟的PSLV火箭还多次承担国际商业卫星发射任务，甚至多次实现了一箭多星，如在2016年将包括印度，德国，加拿大，美国，印尼等研制的20颗卫星送入太空。


▲部分PSLV系列运载火箭

PSLV火箭虽然取得了巨大成功，但面对日益复杂的发射任务，印度需要性能更为优越的火箭，从1990年起，ISRO就开始在PSLV的基础上研制新一代具有更大载重能力的火箭。 “地球同步卫星运载火箭”（Geosynchronous Satellite Launch Vehicle，简称GSLV）呼之欲出。与PSLV不同，GSLV是印度在俄罗斯航太的协助下进行研发的，大规模采用质子-M型火箭的成熟技术，采用三级助推模式，第一级仍旧是固体燃料推进，推力4700KN，辅以四枚捆绑式助推火箭（采用印度国产的维卡斯L40H型发动机），第二级为液体燃料推进（采用印度国产的维卡斯GS2型发动机），推力720KN。第三级也是液体燃料推进（采用俄国产RD-56M型低温液态发动机），推力73.5KN。而印度之所以在研发GSLV火箭时愿意与俄罗斯合作，就是看中了俄罗斯的末端低温液态发动机技术。甚至可以说，整个GSLV计划就是围绕开发印度版末端低温液体发动机技术而存在的。


▲GSLV-MK1型运载火箭线条图


▲树立在萨迪什·达万航天中心发射台的GSLV-MK2型运载火箭

1998年印巴先后开展核试验，这让美国出面对印巴两国实施经济制裁，同时期的俄罗斯也在美国的压力之下不得不中断了向印度转让RD-56M发动机技术的进程， 这一时期的经济制裁给研发中的GSLV火箭造成很大的负面影响，在21世纪的前十年进行的7次发射中，仅有两次获得成功。直到2014年1月5日，装备国产末端低温液体发动机的GSLV-MK3型火箭发射成功，这标志着GSLV火箭技术已经逐步成熟。以此为基础，印度有再次开发了GSLV-MK3型运载火箭，她与GSLV系列其他子型号的火箭在外形上有很大区别，采用与欧空局的阿丽亚娜-5型火箭类似的二级火箭助推模式（均为液体燃料推进，第一级推力1598KN，第二级推力200KN，其中第二级火箭使用印度国产的末端低温液体发动机），并辅以两枚捆绑式助推火箭（每枚推力5150KN）。2014年与2017年该型火箭进行了两次发射均获得成功，GSLV火箭是印度有史以来载重最大的运载火箭，能将10吨物体送入近地轨道，但与ISRO梦寐以求的20吨级重型运载火箭相比还有很长一段距离。


▲GSLV-MK3型运载火箭线条图


▲2017年6月5日，GSLV-MK3型运载火箭第二次发射成功

纵观印度运载火箭这几十年曲折的发展历程，可以看出以萨拉巴伊，萨迪什·达万和卡拉姆为代表的印度航天人在创业初期披荆斩棘，栉风沐雨，凭借拳拳爱国之心，在极为艰苦的条件下为印度火箭技术打下了不错的基础，但同时也必须看到，印度整体工业水平的落后又极大的制约了印度火箭技术的发展，应该说航天技术是一个国家最高科技与工业水平的集中体现，而在工业设施落后，技术人才短缺的印度，虽然有勇于开拓进取的先行者，亦有孜孜不倦刻苦钻研的后来人，但他们的努力和成绩却经常被现实打了折扣。在最近20年间才最终步入正规的印度火箭技术，如果国家整体工业基础能够为航天机构提供坚实的后盾，他们本可以在前几十年走得更顺畅些。





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第 135 期

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